A könyv szerzői Barcza Zoltán Bartholy Judit Bihari Zita Czira Tamás Haszpra László Horányi András Horváth E. Sára Krüzselyi Ilona Lakatos Mónika

Átírás

1

2 A könyv szerzői Barcza Zoltán, Eötvös Loránd Tudományegyetem Bartholy Judit, Eötvös Loránd Tudományegyetem Bihari Zita, Országos Meteorológiai Szolgálat Czira Tamás, Nemzeti Fejlesztési Minisztérium Haszpra László, Országos Meteorológiai Szolgálat Horányi András, Országos Meteorológiai Szolgálat Horváth E. Sára, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Krüzselyi Ilona, Országos Meteorológiai Szolgálat Lakatos Mónika, Országos Meteorológiai Szolgálat Mészáros Róbert, Eötvös Loránd Tudományegyetem Mika János, Országos Meteorológiai Szolgálat, Eszterházy Károly Főiskola Pálvölgyi Tamás, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Pieczka Ildikó, Eötvös Loránd Tudományegyetem Pongrácz Rita, Eötvös Loránd Tudományegyetem Práger Tamás, Eötvös Loránd Tudományegyetem Radics Kornélia, Magyar Honvédség Geoinformációs Szolgálat Szentimrey Tamás, Országos Meteorológiai Szolgálat Szabó Péter, Országos Meteorológiai Szolgálat Szépszó Gabriella, Országos Meteorológiai Szolgálat Torma Csaba, Eötvös Loránd Tudományegyetem, MTA TKI Alkalmazkodás a klímaváltozáshoz kutatócsoport

3 KLÍMAVÁLTOZÁS 2011 Klímaszcenáriók a Kárpát-medence térségére Szerkesztők Bartholy Judit Eötvös Loránd Tudományegyetem MTA Meteorológiai Tudományos Bizottság Éghajlati Bizottság elnöke Bozó László Országos Meteorológiai Szolgálat MTA X. osztálya osztályelnök-helyettese Haszpra László Országos Meteorológiai Szolgálat MTA Meteorológiai Tudományos Bizottság elnöke Budapest, 2011

4 Lektor Bartholy Judit, Eötvös Loránd Tudományegyetem Pongrácz Rita, Eötvös Loránd Tudományegyetem Radics Kornélia, Magyar Honvédség Geoinformációs Szolgálat Technikai szerkesztő Pieczka Ildikó, Eötvös Loránd Tudományegyetem Kiadja A Magyar Tudományos Akadémia és az Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszéke ISBN Fedélterv Mészáros Róbert, Eötvös Loránd Tudományegyetem Nyomdai kivitelezés Fólium Nyomda Kft. Felelős vezető: Nagy Tamás

5 Tartalomjegyzék Előszó... 1 Klímaváltozás a Kárpát-medencében: A múltbeli megfigyelések és a jövőre vonatkozó modelleredmények összefoglalása Globális éghajlatváltozás A klímaváltozás természetes és antropogén okai Bartholy J., Pongrácz R Múltbeli éghajlatváltozások mértéke Az éghajlati rendszer és az üvegházhatás A klímaváltozás vizsgálati módszerei, eszközei Éghajlati adatsorok elemzése, homogenizálása Szentimrey T A globális éghajlatmodellezés közelmúltja és jelene ( ) Práger T Statisztikus leskálázás Mika J Regionális éghajlatmodellek Bartholy J., Pongrácz R., Horányi A., Szépszó G Az éghajlati modellek korlátai Horányi A., Szépszó G., Bartholy J., Pongrácz R Emisszió-szcenáriók Haszpra L Az IPCC kibocsátási forgatókönyvek története A SRES forgatókönyvek A kibocsátási forgatókönyvek és a valóság Globális és európai tendenciák Várható globális tendenciák Radics K A közeljövőben várható változások Globális éghajlatváltozás a XXI. században Hosszabb távú előrejelzések Várható európai tendenciák Bartholy J., Pongrácz R Becslések GCM-eredmények alapján Becslések RCM-eredmények alapján A bizonytalanságok számszerűsítése, a modellhibák csökkentése Bartholy J., Pongrácz R

6 2.4. Sérülékeny régiók Barcza Z., Mészáros R Mit értünk sérülékenység alatt? Sérülékeny régiók Európában Sérülékeny régiók Európán kívül Bizonytalanságok az üvegházhatású gázokkal kapcsolatos visszacsatolási mechanizmusokban Hazai éghajlati tendenciák A közelmúlt megfigyelt hőmérsékleti- és csapadéktendenciái Lakatos M., Bihari Z Hőmérsékleti tendenciák Csapadéktendenciák A várható éghajlatváltozás dinamikus modelleredmények alapján Bartholy J., Horányi A., Krüzselyi I., Pieczka I., Pongrácz R., Szabó P., Szépszó G., Torma Cs Az alkalmazott regionális klímamodellek jellemzői Vezető szerző: Szépszó G A hazai regionális klímamodellek validációja Vezető szerzők: Bartholy J., Pongrácz R Az alkalmazott regionális klímamodellek projekciós eredményeinek bizonytalanságai Vezető szerző: Szépszó G A hőmérséklet várható változásai és bizonytalanságai Vezető szerző: Horányi A A csapadék várható változásai és bizonytalanságai Vezető szerző: Horányi A A szélsőségek várható változásai és bizonytalanságai Vezető szerzők: Bartholy J., Pongrácz R Éghajlati sérülékenység Éghajlati sérülékenység a hazai kistérségek szintjén Pálvölgyi T., Czira T., Bartholy J., Pongrácz R Éghajlatváltozási sérülékenység-vizsgálat a CIVAS modellben Az éghajlatváltozás kistérségi szinten releváns kockázati tényezői, problémái és folyamatai alapfeltevések, megközelítések A magyarországi kistérségek éghajlati sérülékenységvizsgálatának eredményei esettanulmányok Következtetések és javaslatok A klímaváltozás várható hatásai az épített környezetre Pálvölgyi T., Horváth E. S Köszönetnyilvánítás Irodalomjegyzék

7 Előszó A 2007-ben megjelent IPCC-jelentés összefoglalja a nemzetközi tudományos közösség klímaváltozással kapcsolatos ismereteit, s felhívja a figyelmet a várható következményekre. A jelentés lezárása óta világszerte folyamatosan számos újabb mérési és kutatási eredmény látott napvilágot e témakörben. Vitathatatlan, hogy az emberi tevékenységek hatására a globális szén-dioxid kibocsátás 2008-ban 40%-kal volt magasabb az 1990-es értéknél. Ugyancsak tény, hogy az elmúlt 25 évben a globális hőmérséklet-növekedés üteme elérte az évtizedenkénti 0,2 C-os mértéket annak ellenére, hogy az utolsó évtizedben a napsugárzásból származó éghajlati kényszer csökkent. A fenti tények is arra utalnak, hogy a XXI. század nagy kihívása a globális klímaváltozás következményeinek kezelése, az egyre fokozódó emberi tevékenység hatásainak csökkentése, illetve a várható regionális változásokra való felkészülés, azokhoz való alkalmazkodás. Minél tovább várunk arra, hogy a tudomány minden bizonytalanság kizárásával igazolja az éghajlati rendszer változási folyamatait, és azok regionális következményeit, annál több visszafordíthatatlan változás következik be a Föld számos sérülékeny régiójának környezeti feltételeiben. Ezzel párhuzamosan adaptációs lehetőségeink egyre szűkülnek. Az 1. ábrán német elemzők által készített előrejelzéseket láthatunk a globális CO 2-kibocsátás becsült alakulásáról. A vizsgálat során meghatározták, hogy milyen mértékű kibocsátáscsökkentés szükséges ahhoz, hogy a XXI. század közepére a globális melegedés mértéke ne haladja meg a 2 C-ot. Annak függvényében, hogy az antropogén kibocsátás összehangolt csökkentése már 2011-ben, 2015-ben vagy csak 2020-ban kezdődik meg, a globális önkorlátozás mértéke az idő előrehaladtával egyre drasztikusabb kell legyen: kilenc éves késlekedés évi 3,7% helyett 9%-os kibocsátáscsökkentést tesz szükségessé. 1. ábra. A globális szén-dioxid emisszió alakulása között, ha 67% valószínűséggel 2 ºC alatt szeretnénk tartani a globális melegedés mértékét (WBGU, 2009)

8 2 Előszó A rendelkezésre álló jelenlegi becslések alapján nagyon gyors cselekvés lenne szükséges, mely komoly gazdasági következményekkel jár. Ugyanakkor érthető, hogy a társadalom minden szegmense tart a változásoktól, s a különböző ipari lobbik vagy a nemzeti kormányok szeretnék halogatni vagy elkerülni az egyre sürgetőbb környezetvédelmi intézkedéseket, s az energiaszektor átalakítását. Ahhoz, hogy drasztikus döntések szülessenek, olyan egyértelmű bizonyítékokat várnak a tudománytól, melyeket az egyelőre nem képes szolgáltatni. Ebben a feszült légkörben érthető, hogy erősödik az általános kételkedés, s egyre gyakrabban jelennek meg az ún. klímaszkeptikus elgondolások. Ezen elméletek egy része valódi fizikai alapokkal rendelkezik, míg nagyobb hányada mögött nincs valós tudományos háttér, s a kételkedésben csupán a változásoktól való burkolt félelem jelenik meg: ha nincs globális melegedés, úgy minden folytatódhat az eddig megszokott módon, tehát nincs különösebb teendőnk. A rövidtávú meteorológiai prognózisok, illetve gazdasági döntések is tartalmaznak bizonytalanságot, s a valószínűségi előrejelzések könnyítik meg a hatáselemzéseket, a kockázatbecslést. Ugyanez az út követhető a klímaszcenáriók esetén is, ezért itt is egyre inkább több modell alapján készített valószínűségi becslésekkel találkozunk, melyek alapján a döntéshozók évtizedekkel előre szembesülhetnek a régióban várható éghajlati tendenciákkal. E könyvben a Kárpát-medence térségére négy regionális modell felhasználásával valószínűsíthető klímaváltozást vázoljuk fel. Könyvünk célját három fő pontban foglalhatjuk össze: (1) a globális klímaváltozással kapcsolatos jelenlegi tudományos ismeretek összegzése; (2) a klímaváltozás kutatási módszertanának, a modellezés korlátainak, valamint a becslések bizonytalanságainak bemutatása; (3) hazánkra és a Kárpát-medence térségére vonatkozó regionális klímaszcenáriók ismertetése. Mielőtt rátérnénk a részletes elemzésekre, összefoglaljuk a Kárpát-medence XX. és XXI. századi klímájára vonatkozó legfontosabb megfigyeléseinket, illetve eredményeinket. A tömören kiemelt következtetések, s az így megjelenő éghajlati jövőkép lehetőséget ad a döntéshozók, illetve a társadalom szélesebb rétegei számára, hogy könnyebben áttekintsék a várható változásokat.

9 Klímaváltozás a Kárpát-medencében: A múltbeli megfigyelések és a jövőre vonatkozó modelleredmények összefoglalása Az éghajlati változások elemzésénél alapvetően két forrást vehetünk figyelembe: a mért és a modellezett éghajlati idősorokat. (1) Az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) által 1901-től észlelt, ellenőrzött és homogenizált meteorológiai adatok segítségével képet kaphatunk a közelmúlt és a jelen éghajlati viszonyairól, a megfigyelt tendenciákról. (2) Az éghajlati modellek lehetőséget adnak a XXI. században várható változások számszerűsítésére, melyek sokféle bizonytalansággal terheltek. A jövőben várható magyarországi változásokról az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) Meteorológiai Tanszékén és az OMSZ-nál használt kétkét regionális klímamodell (PRECIS, RegCM, illetve ALADIN-Climate, REMO) eredményei alapján adunk áttekintést a , illetve a időszakra vonatkozóan. A finom (10-25 km) térbeli felbontású regionális modellszimulációkban közepesnek, illetve optimistának tekinthető kibocsátási forgatókönyveket tekintettünk a XXI. századra. A modellek bemutatása és a kibocsátási forgatókönyvek áttekintése a könyvben részletesen megtalálható. Az alábbiakban a felhasználók, gazdasági szakemberek, döntéshozók számára röviden összefoglaljuk a Magyarországon megfigyelt és várható hőmérséklet- és csapadékváltozással kapcsolatos eredményeket. A jövőre vonatkozó eredmények esetében a becslések bizonytalanságát is megadjuk, ezek ugyanis a várható változások mellett lényeges és nélkülözhetetlen elemei az éghajlatváltozással kapcsolatos objektív hatásvizsgálatoknak. A bemutatásra kerülő eredmények bizonytalansága elsősorban az alkalmazott regionális modellek különbségeiből adódik, az évszázad végére vonatkozó eredményekben azonban a forgatókönyv-választás, azaz az emberi tevékenység bizonytalansága is megjelenik.

10 4 Klímaváltozás a Kárpát-medencében Hőmérséklet A Magyarországra vonatkozó múltbeli megfigyelések és a jövőre vonatkozóan rendelkezésre álló regionális klímamodellek eredményei egyaránt a hőmérséklet emelkedését mutatják. Ez a XXI. századra minden évszak és minden modell esetében statisztikailag szignifikáns, azaz a változások nagysága meghaladja a természetes változékonyságot. A megfigyelések és a regionális klímamodellek alapján összefoglalóan elmondhatjuk: (1) A műszeres megfigyelések kezdete óta az ezredforduló és az azt követő évek bizonyultak a legmelegebbnek. A XX. század elejétől tekintett idősoron kimutatható szignifikáns változás kétséget kizáróan az éghajlat megváltozását jelzi, melynek országos mértéke eléri az 1 C-ot (2. ábra). Az 1980-tól napjainkig tartó periódus a legintenzívebb melegedés időszaka. Ekkor a melegedés mértéke a keleti, északkeleti országrészben a legnagyobb, ahol meghaladja az 1,7 C-ot. 2. ábra. Az országos évi középhőmérséklet mért és szimulált menete időszakban. Az közötti mért idősort az OMSZ adatbázisán alapuló, homogenizált, interpolált adatokból állítottuk elő. A jövőre vonatkozó téglalapok a Magyarországra adaptált három, illetve négy regionális modellszimuláció eredményei alapján a és időszakra várható legnagyobb és legkisebb átlagos változást mutatják (2) Az évszakos változásokat tekintve a nyarak melegedése volt a legintenzívebb (1,2 C a XX. század kezdetétől). A tavaszok melegedése 1,1 C, s a legkisebb hőmérsékletnövekedést (0,7 C-ot) ősszel és télen jelzik a megfigyelések. (3) re a magyarországi éves átlaghőmérséklet várható növekedése 1-2 C, ra pedig 3-4 C az referencia időszakhoz viszonyítva (3. ábra). (4) A közelebbi jövőben a modellek közötti változékonyság télen (0,2 C), a távolabbi jövőben tavasszal a legkisebb (0,8 C). Mindkét időszakban a modellek közötti változékonyság nyáron a legnagyobb (1,9 C, illetve 2,5 C), s ugyancsak nyáron várható a legnagyobb mértékű melegedés (0,7-2,6 C, illetve 3,5-6,0 C). (5) Mind a napi maximum-, mind a napi minimumhőmérséklet legnagyobb mértékben várhatóan nyáron fog növekedni (4. ábra), ugyanakkor erre az évszakra esik a modellbecslések legnagyobb bizonytalansága is. Az őszi maximum- és minimumhőmérsékletek kivételével a közelebbi jövőre becsült változások bizonytalansága minden évszakban kisebb, mint az évszázad végén.

11 Klímaváltozás ábra. A magyarországi átlaghőmérséklet várható változása ( C) re (narancssárga) és ra (piros) az időszakhoz képest a hazai regionális klímamodellek eredményeit figyelembe véve (6) A maximumhőmérséklet minden évszak és mindkét időszak esetében 0,1-0,3 Ckal jobban növekszik, mint a minimumhőmérséklet. Egyedül a század végi nyarak esetében láthatunk ennél jelentősebb (0,8 C-os) változást az átlagos napi hőingásban (T max T min). (7) A szélsőséges hőmérsékletekben bekövetkezett változásokat jellemző trendértékek arra utalnak, hogy a klíma megváltozása a meleg szélsőségek egyértelmű növekedésével és a hideg szélsőségek csökkenésével járt a teljes múlt századot felölelő időszakban. A XX. század elejétől kezdve mintegy 8 nappal több nyári napot (T max > 25 C) tapasztalunk évente, s a hőségriadós napok száma (T közép > 25 C) is megnőtt 5 nappal. Ezzel párhuzamosan kevesebb a fagyos nap (T min < 0 C), mint a századelőn, jellemzően 10 nappal. 4. ábra. A napi maximumhőmérsékletek (narancs és piros szín) és a napi minimumhőmérsékletek (világoskék és sötétkék szín) Magyarország területére várható értékei re és ra a hazai regionális klímamodellek eredményei alapján. (Referencia: az E-OBS adatbázis es átlagos értékei) (8) A fagyos napok száma várhatóan a jövőben is csökkenni fog, azaz ellentétesen változik a többi paraméterhez képest (5. ábra). A várható csökkenés mértéke

12 6 Klímaváltozás a Kárpát-medencében átlagosan 18 nap, illetve 42 nap a XXI. század közepére és végére. A meleg és szélsőségesen meleg (nyári, hőség-, forró és hőségriadós) napok esetében a várható változás mértéke a közeljövőre átlagosan 12 nap, a távolabbi jövőre 37 nap. (9) A várható melegedés egyértelműen növekedő tendenciát eredményez a vegetációs időszak hosszában, mely átlagosan 24 nappal növekszik re, illetve 51 nappal ra. 5. ábra. Hőmérsékleti indexek várható változása re (világos narancs) és ra (sötét narancs) három, illetve négy hazai regionális klímamodell eredményei alapján. Referencia időszak: Csapadék A csapadék térben és időben egyaránt változékony éghajlati paraméter. Míg Északés Nyugat-Európában a melegedési tendenciával együtt egyre több csapadék hullik, addig nálunk a Földközi-tenger térségéhez hasonlóan éves szinten némileg kevesebb. A Magyarországra várható csapadék mennyiségének megváltozása jóval nagyobb bizonytalansággal adható meg, mint a hőmérsékletnél, ugyanis a modellek esetenként még előjelükben is eltérő eredményeket szolgáltatnak. A különböző modellek által jelzett változások gyakran nem szignifikánsak (azaz a változás mértéke összemérhető a változékonyság nagyságával), ezért az eredmények értelmezésénél kellő óvatossággal kell eljárnunk. A megfigyelések és a regionális modellszimulációk alapján összefoglalóan elmondhatjuk: (1) Az éves csapadékösszeg átlagosan 578 mm volt hazánkban az es normál időszakban, melynek 33%-a nyáron, 18%-a télen hullott le. Magyarországon a csapadék éves mennyisége (1901-től 7%-os) csökkenő tendenciát mutat (6. ábra). A csökkenés a Dunántúlon az országos átlagnál nagyobb, ezzel ellentétben viszont az ország északkeleti részén gyengén növekedett a csapadékmennyiség.

13 Klímaváltozás ábra. Az országos évi csapadékösszeg mért és szimulált menete időszakban. Az közötti mért idősort az OMSZ adatbázisán alapuló, homogenizált, interpolált adatokból állítottuk elő. A jövőre vonatkozó téglalapok a Magyarországra adaptált három, illetve négy regionális modellszimuláció eredményei alapján és időszakra várható legnagyobb és legkisebb átlagos változást mutatják (2) Az évszakokat tekintve a csökkenés csak tavasszal szignifikáns, s mértéke mintegy 20%-os a XX. század elejétől. Ősszel 17%-os volt a csapadékcsökkenés mértéke (ez azonban nem szignifikáns). A nyári és a téli csapadék kis mértékben növekedett, bár ezek a változások sem szignifikánsak statisztikailag. (3) A Kárpát-medence a jövőre vonatkozó globális és regionális modellszimulációkban egyaránt egy átmeneti zónában fekszik az éves csapadékösszeg változását tekintve: tőlünk északra egyértelműen csapadéknövekedés, míg délre csapadékcsökkenés várható, és a változatlan éves csapadékmennyiséggel jellemezhető területek behatárolása bizonytalan. (4) A XXI. század első felében az éves csapadékmennyiségben kis mértékű, nem szignifikáns csökkenés valószínűsíthető. Az évszázad végére az éves csökkenés mértéke akár a 20%-ot is elérheti. (5) Az átlagos évszakos csapadékösszeg XXI. századra várható relatív megváltozása tavasszal és nyáron jellemzően negatív, míg ősszel és télen inkább pozitív (7. ábra). Egyedül a nyári csapadékmennyiség az, ahol a modellek mindegyike egységesen a csapadék csökkenését valószínűsíti. 7. ábra. A magyarországi átlagos csapadékösszeg relatív változása (%) re (kék) és ra (zöld) az időszakhoz képest a hazai regionális klímamodellek eredményeit figyelembe véve

14 8 Klímaváltozás a Kárpát-medencében 8. ábra. A csapadékindexek Magyarországra várható évszakos változása (%) re és ra (referencia időszak: ) három, illetve négy hazai regionális klímamodell eredményei alapján

15 Klímaváltozás (6) A bizonytalansági intervallum az évszakos csapadékváltozás esetében az évszázad közepére nyáron, az évszázad végére tavasszal a legkisebb. A legnagyobb bizonytalanság a közelebbi jövőre nézve ősszel, a távolabbi jövőre ősszel és télen tapasztalható: akár 18%, illetve 37% is lehet a különbség a modellek által prognosztizált változásban. (7) A csapadékos napok évi száma (napi összeg > 1 mm) összességében csökkent, országos átlagban 15 nappal. A 20 mm-t meghaladó csapadékú napok száma (RR20) kis mértékben emelkedett a XX. század eleje óta, ugyanakkor a száraz időszakok maximális hossza (CDD) is jelentősen (évi 4 nappal) megnövekedett. A napi csapadékintenzitás (SDII: a lehullott csapadékösszeg és a csapadékos napok számának hányadosa) nyáron szintén jelentősen megnövekedett, mely arra utal, hogy a csapadék egyre inkább a rövid ideig tartó, intenzív záporok formájában hullik. (8) A jövőben a nem szélsőséges küszöbértékeket alkalmazó két éghajlati indexnél (RR5: 5 mm-t meghaladó csapadékú napok száma, RR1: 1 mm-t meghaladó csapadékú napok száma) az évi értékek néhány százalékkal várhatóan csökkenni fognak mind az évszázad közepére (5%, illetve 6%), mind annak végére (9%, illetve 13%). A gyakoriságcsökkenést egyöntetűen jelzik a modellszimulációk, azaz a változási intervallumok legnagyobb hányadukban a negatív tartományba esnek. A re várható modellbecslések -1% és -10% közötti értéke, s a ra várható becslések -22% és +1% közötti értéke egyértelműen a bizonytalanság növekedésére utalnak. Az évszakos változásokat tekintve ezekben az indexekben csak nyáron számíthatunk egyértelműen nagyobb mértékű csökkenésre (8. ábra). (9) A nagyobb (10 és 20 mm-t meghaladó) napi csapadékmennyiséget reprezentáló RR10 és RR20 index átlagos évi értékének várható növekedése 2%, illetve 17% a közeljövőre, s 3%, illetve 25% a távolabbi jövőre vonatkozóan. A nyarat kivéve a modellek nagyrészt az évszakos gyakoriság növekedését jelzik, főképp a század végére. A napi csapadékintenzitás szintén kis mértékben növekedni fog a XXI. században. (10) A csapadékhiány tartósságát jellemző CDD index (a csapadékmentes időszak maximális hossza) évszázad végére várható pozitív tendenciái a szárazodás erősödésére utalnak (mely a csapadékösszeg gyenge változása mellett a növekvő intenzitású csapadék egyik következményének tekinthető). Az évszakonkénti elemzés szerint nyáron valószínűsíthető jelentős (és ősszel kisebb) mértékű növekedés. Felhívjuk a figyelmet, hogy egy négytagú ensemble klíma-előrejelzéssel szemben nem lehetnek túlzott elvárásaink, mivel a kis elemszám miatt nagy a becslések bizonytalansága. Ugyanakkor a Magyarországon várható éghajlatváltozás mértékére kapott eredmények a jelenlegi lehetőségeinkhez képest a lehető legjobb becslést bocsátják a hazai éghajlati hatásvizsgálatot végző szakemberek rendelkezésére. Az itt összefoglalt modelleredmények lehetőséget nyújtanak arra is, hogy a szimulációs bizonytalanságok objektíven megjelenjenek a hatásvizsgálatokban.

16 10 Klímaváltozás a Kárpát-medencében

17 1. fejezet Globális éghajlatváltozás Bartholy Judit 1, Haszpra László 2, Horányi András 2, Mika János 2, 3, Pongrácz Rita 1, Práger Tamás 1, Szentimrey Tamás 2, Szépszó Gabriella 2 1 Eötvös Loránd Tudományegyetem, Meteorológiai Tanszék 2 Országos Meteorológiai Szolgálat 3 Eszterházy Károly Főiskola, Földrajz Tanszék Vitathatatlan tény, hogy a Föld felszínközeli légrétege melegszik, valamint számos üvegházhatású gáz koncentrációja emelkedett az utóbbi egy-két évszázadban. E változások mértéke sokkal nagyobb, mint amit a természetes folyamatok indokolhatnának, illetve az általunk belátható földtörténet során valaha is bekövetkezett. Az elmúlt 800 ezer évre vonatkozó jégfuratminták elemzéséből tudjuk, hogy míg ebben a hosszú időszakban a szén-dioxid koncentráció ppm intervallumban mozgott, addig az elmúlt két évszázadban 280 ppm-ről 390 ppm-re nőtt, s az optimista becslések szerint sem valószínű, hogy a XXI. század végére 560 ppm alatt tartható. Miért érdekes számunkra a légköri szén-dioxid gáz akár kétszeresre növekvő koncentrációváltozása, mely jelenleg a légkör 0,04%-át sem teszi ki? Az üvegházhatás 33 C-kal növeli a felszínközeli átlaghőmérsékletet, enélkül nem lenne lakható a Föld. Annak ellenére, hogy a vízgőz hozzájárulása a legnagyobb ehhez a hőmérsékleti többlethez, a többi üvegházhatású gáz fontossága is egyértelmű. Ennek illusztrálására mutatjuk be az 1.1. ábrát, melyen egy 50 éves klímaszimulációt követhetünk nyomon. Lacis és munkatársai (2010) igazolták, hogy önmagában a rövid (alig 10 napos) tartózkodási idejű vízgőz nem képes tartósan biztosítani az üvegházhatásból származó többlethőmérsékletet, s a hosszú tartózkodási idejű üvegházhatású gázok hiányában egy-két évtized alatt a Föld felszínének szinte teljes egésze eljegesedne. Amennyiben ennyire fontosak az üvegházhatású gázok, köztük a szén-dioxid, akkor hogyan lehetséges, hogy nagymértékű koncentrációnövekedésük csak néhány tized C-os globális melegedést (0,74 C-ot között) okozott a légkör felszínközeli rétegeiben? Egyrészt jelentős mértékben csökkentette az üvegházgázok melegítő hatását az ugyancsak antropogén eredetű légszennyezés növekedése, mely az aeroszolkoncentráció emelkedését eredményezte. Az aeroszolrészecskék fokozódó légköri jelenléte hűtő hatást vált ki. Másrészt, az elmúlt 50 évben az üvegházhatású gázok koncentrációnövekedése miatt megjelenő többletenergia nagy része, mintegy 84%-a az óceánnak adódott át, további 7%-a, illetve 5%-a a tengeri jég és a gleccserek

18 12 1. Globális éghajlatváltozás olvadására, illetve a szárazföldek melegítésére használódott fel, s csupán 4%-a maradt a légkörben ábra. Zonálisan átlagolt évi középhőmérséklet megváltozása. Az 50 éves klímaszimuláció során a vízgőzt kivéve az összes üvegházhatású gáz koncentrációját nullának tekintették. (Forrás: Lacis et al., 2010) Az utolsó két IPCC-jelentés az ún. SRES szcenáriókat (melyekről az 1.3. alfejezetben lesz részletesen szó) használta. Ezeket a kibocsátási forgatókönyveket Nakicenovic és Swart 2000-ben tette közzé, s az akkori elképzelések szerint a XXI. századra vonatkozó népességalakulási és gazdasági növekedési becslések alapján határozták meg az optimista, közepesnek tekinthető, valamint pesszimista kibocsátási tendenciákat. Az azóta eltelt időszakban nyilvánvalóvá vált, hogy a közelmúlt valódi kibocsátásai még a legpesszimistább becslést is meghaladják (1.2. ábra). A mért nagy kibocsátások hátterében elsősorban a fejlődő, feltörekvő gazdaságok állnak, köztük is a legnagyobb mértékben Kína ábra. A fosszilis tüzelőanyag felhasználásából eredő szén-dioxid globális kibocsátásának alakulása, (Forrás: Le Quéré et al., 2009)

19 Klímaváltozás Ebben a fejezetben elsőként az éghajlat változását előidéző természetes és antropogén okokat vesszük sorra, s azt elemezzük, hogy a múltbeli éghajlatváltozások mértéke összemérhető-e a XX-XXI. századi változásokkal. Ezt követően a vizsgálati módszereket és az elemzésekhez felhasznált eszköztárat tekintjük át, ezen belül külön hangsúlyozzuk az éghajlatmodellezés fejlődéstörténetét, s a jelenleg rendelkezésre álló éghajlati modellek vázlatos felépítését. A durva felbontású, teljes Földre kiterjedő modelleredmények regionális leskálázására a dinamikus alapú regionális éghajlatmodellezést, s e módszertan korlátait foglaljuk össze, emellett a statisztikus leskálázási módszertanról is külön alfejezetben szólunk. A fejezet végén a globális klímamodellek által felhasznált kibocsátási forgatókönyveket mutatjuk be részletesen A klímaváltozás természetes és antropogén okai Bartholy Judit, Pongrácz Rita Számos vizsgálat foglalkozik a globális melegedés természetes és antropogén tényezői közötti arány minél pontosabb becslésével, számszerűsítésével. A legújabb eredmények alapján az időszakban a természetes faktorok (vagyis a napés a vulkántevékenység) által kifejtett melegítő hatás nem haladja meg a teljes globális felszínközeli melegedés 10%-át, így a maradék 90%-ért az antropogén tevékenység a felelős (Lean és Rind, 2008). Eddig semmilyen hitelt érdemlő kutatási eredményt nem publikáltak, mely ezen eredmények alternatívájaként számításba vehető lenne Múltbeli éghajlatváltozások mértéke E fejezetben áttekintjük a múltbeli éghajlatváltozások vizsgálati módszereit, s a detektált éghajlatváltozási tendenciákat. Elsőként az utóbbi néhány százezer évben, majd az elmúlt két évezredben történt változásokat mutatjuk be a közvetett megfigyelések alapján. Ezután összegezzük a műszeres mérések időszakában megfigyelt globális éghajlati tendenciákat, valamint az ezek hátterében meghúzódó okokat. Régmúlt idők éghajlatváltozása Földünk története során az éghajlat folyamatosan változott, e változás mértékét annak amplitúdója és időskálája határozza meg. Különösen napjainkban vált fontossá vizsgálni és mind jobban megérteni a múlt éghajlatváltozásainak lefolyását és ok-okozati összefüggéseit, mivel az emberiség ezekben az évszázadokban vált képessé az éghajlat befolyásolására, vagy akár megváltoztatására. Az elmúlt egy-két évszázad változásairól a meteorológiai mérőhálózatok segítségével pontos információink vannak, de milyen közvetett utakon, ún. proxy adatsorok összeállításával szerezhetünk mért éghajlati adatok nélkül információt a régebbi korok klímájáról, azok változásairól? A proxy adatforrások eredete sokféle lehet, mi most csak néhányat sorolunk fel közülük: Az ősi barlangrajzokon ábrázolt állatok, növények utalnak a térség faunájára és flórájára, ami információt ad a régi korok klímájáról.

20 14 1. Globális éghajlatváltozás Az ún. pollenanalízis a régmúlt időkből származó növényi pollenek elemzésével foglalkozik, ugyanis egyes növények pollenje és ellenálló spórái akár évmilliók elteltével is felismerhetők, s bemutatják a terület növényzetét. Az eljegesedés, a gleccserek kialakulása és mozgása jelentős és felismerhető nyomot hagy a környezeten, s az alacsony tengerszinti magasságon talált gleccsernyomok hidegebb éghajlatra engednek következtetni. Gleccserek visszahúzódásának mostanában is tanúi lehetünk. Száraz éghajlatra utalnak a talaj kősó- és gipszrétegei, amelyek beltavak, elzáródott tengerrészek kiszáradásával keletkeztek. A paleoklimatológiai célú kormeghatározáshoz az egyik legpontosabb becslést a szénizotópok felhasználásával kaphatjuk. A légköri szén-dioxidban állandó a szén 14-es tömegszámú izotópjának ( 14 C) aránya. Az élő szervezetekbe épülő 14 C- izotóp, annak pusztulása után csökkenni kezd, melynek mértéke kellő pontossággal számítható. Így lehetséges e módszerrel akár az utolsó 1 millió év fosszíliáinak kormeghatározása ábra. A fák évgyűrűinek értelmezése A fák évgyűrűinek vastagsága, egymástól való távolsága, színe is értékes adatok lehetnek, hiszen elemzésükkel egy adott térség évenkénti csapadékviszonyairól nyerhetünk információkat (1.3. ábra). A Kaliforniában élő ún. Sequoia fenyőóriások életkora gyakran meghaladja a 3000 évet (1.4. ábra), így ez a fafaj különösen alkalmas évgyűrű-elemzésekhez. Festmények és egyéb régi műalkotások is segíthetik a klímaváltozások megfigyelését. Például a híres római Trajánusz-oszlop egy részletének tanulmányozása is segítségünkre lehet elmúlt idők éghajlatának feltárásában. A faragott domborművön a császár által i.sz között építtetett, kőpilléreken álló fahíd látható, mely a Vaskapunál íveli át a Dunát. A híd a történetírás szerint 170 éven keresztül állt a kőfaragás által megmintázott formában. Az elmúlt több mint másfél évezred alatt változott a Duna vízállása és változtak a térség csapadékviszonyai is, hiszen a mai klimatikus viszonyok, s a folyón az elmúlt évszázadok során levonuló áradások mellett a híd nem állhatott volna az ábrázolt helyszínen és formában.

21 Klímaváltozás ábra. Sequoia óriásfa keresztmetszete évgyűrű-analízishez A múlt éghajlatát kutató vizsgálatoknak egy további jó indikátora a sarkvidéki területeket fedő jégpáncélból vett jégminta. Az 18O-izotóp rétegenként meghatározott koncentrációjából jól következtethetünk az elmúlt korok hőmérsékletének alakulására. E módszer lehetővé teszi akár többszázezer éves időszak végigkövetését, de ehhez esetenként több km-es jégfuratminták elemzésére is szükség lehet. A furatelemzés során az elmúlt idők légköri összetételére a lehullott hópelyhek közé szorult légbuborékok analízisével következtetünk. Egyedül ezek a direkt források állnak rendelkezésünkre, s egyben ezek kínálják a legjobb idősorokat a légkör összetételéről és az éghajlati paraméterekről. A jégminták még az áramlási viszonyokról is rendelkeznek információkkal az ide fújt por-, tengeri só-, pollen- és vulkanikus hamurészecskék révén ábra. Antarktiszi jégfuratminta a Dome C kutatóállomásról. (Fotó: Laurent Augustin, CNRS/LGGE, Grenoble, France) A leghosszabb éghajlati minták az Antarktiszt borító, több kilométer vastagságú jégpáncélból kerülnek ki. Az eddigi rekord hosszúságú jégfuratminta hossza több mint 3000 méter (1.5. ábra). Ennek részletes elemzését 2004 elején kezdték meg

22 16 1. Globális éghajlatváltozás európai klimatológusok és geofizikusok. E minta alapján az elmúlt közel 800 ezer év éghajlatáról kaphatunk információkat: a hőmérsékletet, valamint a szén-dioxid és a metán koncentrációjának történetét követhetjük nyomon (1.6. ábra) ábra. Az elmúlt 800 ezer év eljegesedési periódusai: a hőmérséklet (középen), a szén-dioxid (fent) és a metánkoncentráció (lent) változásai. (Forrás: Centre for Ice and Climate, Niels Bohr Institute, Koppenhágai Egyetem) A pleisztocén kori eljegesedések során a meleg és hideg fázis közötti hőingás a sarkok közelében nagyobb volt, mint a közepes földrajzi szélességeken. A grafikonon látható, hogy a meleg csúcsok egymástól megközelítőleg 100 ezer évnyire voltak, s a periódusok hőmérsékleti ingása a Déli-sark térségében elérte a 10 C-ot. A jégfuratmintából jól látszik, hogy a glaciálisok és interglaciálisok során teljesen együtt változott a hőmérséklet, a szén-dioxid- és a metánkoncentráció. Jelenlegi ismereteink szerint az eljegesedési ciklusok a földpálya-elemek periodikus változásainak következtében alakulnak ki, mivel azok befolyásolják a földfelszínre érkező napsugárzás évszakos eloszlását. Érdekes megfigyelni, hogy míg a besugárzás csökkenése és növekedése értelemszerűen fokozatosan történik, addig az erre adott légköri válasz (a melegedési és a hűlési folyamat) nem szimmetrikus: a hűlés ezer évig tart, s a melegedés ennek gyakran még egy tizedéig sem. A múltban is volt már példa hihetetlenül gyors melegedésre, s ezek mind pontosabb tanulmányozása talán segíthet megérteni a jelenkori éghajlatváltozások fizikai hátterét. A múltban az eljegesedési időszakok idején a jelenleginél akár 6 8 C-kal hidegebb klíma uralkodott. Az elmúlt 800 ezer évben a mainál jelentősen melegebb éghajlati viszonyok nem fordultak elő. A legutolsó eljegesedés idején a kontinensek közel egyharmadát gleccserek fedték, melyek az Északi-félgömbön lenyúltak egészen Prágáig, Párizsig (Európában), s New

23 Klímaváltozás York-ig (Amerikában). A Föld rekonstruált hó- és jégtakaró térképe alapján a jégtakaró vastagsága a mai Svédország területén és a Sziklás-hegységben meghaladta a m-t. Az Alpok gleccserei mélyen lehúzódtak a folyóvölgyekbe, és óriási egybefüggő jégtáblák borították a kontinensek jelentős részét. Az óriási tömegű jég lecsökkentette az óceánok vízmennyiségét, így a vízszint több mint 100 méterrel alacsonyabb volt a jelenleginél. Ennek eredményeképpen egy szárazföldi híd kötötte össze Szibériát Alaszkával, azaz a két kontinens ekkor még összefüggő volt. Az 1.7. ábra 20 ezer évet felölelve mutatja be a földfelszíni hőmérséklet becsült alakulását a múltban és a következő évszázadban. Jól látható, hogy az esetlegesen bekövetkező változások veszélye abban rejlik, hogy a földi légkör olyan hőmérsékleti tartományba léphet, melyben az emberiség földtörténeti időskálán viszonylag rövid története során soha nem volt ábra. A Föld globális átlaghőmérsékletének alakulása az elmúlt 20 ezer év során. (Forrás: WHO) A fent felsorolt paraméterek esetenként önmagukban is jó indikátorai lehetnek az éghajlatváltozásoknak. Gondoljunk csak a Velencei-tó felszínének csökkenésére, kiszáradására vagy a Balaton vízszintjének ingadozásaira. (A történelem során még a Balaton is többször teljesen kiszáradt, s óriási homokviharok, porviharok sújtották a vidéket, mígnem a rómaiak a Sió-csatorna és a hozzátartozó zsilipek megépítésével lehetővé tették a vízszint emberi szabályozását.) Egy-egy klímaparaméter alakulásából nem vonhatunk le általános következtetéseket az éghajlat egészére, hiszen gyakran nem lehet megítélni, hogy egy markáns tendencia megjelenésének hátterében milyen ok-okozati összefüggések húzódnak. Például az aszályok vagy árvizek gyakoriságának jelentős változása mögött nemcsak a lehullott csapadék mennyiségének markáns növekedése vagy csökkenése állhat, hanem esetenként folyók szabályozása, víztározók építése vagy a rosszul tervezett vízgazdálkodás. Ezek a változások mind közvetlenül vagy közvetve érintik a mezőgazdaságot, s következményeik hatással lehetnek a térség gazdaságára. Az elmúlt néhány évszázad mérési adatait a fent felsorolt módszerek felhasználásával kiegészítve jó közelítést kaphatunk az éghajlati paraméterek

24 18 1. Globális éghajlatváltozás múltbeli alakulásáról. A Közép- és Észak-Európában markánsan jelentkező ún. középkori meleg időszak 1000 körül tetőzött, mely egyben a megelőző néhány évezred legmelegebb periódusa is volt. Arról heves szakmai viták folynak, hogy a középkori meleg időszak melegebb volt-e a jelenlegi klímánál vagy csak megközelítette azt. E témával kapcsolatos legújabb eredményeket összegzi az 1.8. ábra, melyet az ún. Koppenhágai Diagnózisban (Allison et al., 2009) is közöltek. A grafikon nemcsak összefoglalja mai tudásunkat az elmúlt 2000 évben bekövetkezett klímaváltozásokról, hanem számszerűsíti a különböző módszerekkel kapott eredmények bizonytalanságait. Nagy jelentőségű ez a vizsgálat, hiszen az eredmények ismeretében lehetőségünk van az elmúlt évszázadokban természetes okokból létrejött változásokat összehasonlítani a napjainkban zajló antropogén eredetű tendenciákkal. Ugyancsak lehetővé válik, hogy értékeljük a jövőre vonatkozó modellszimulációk által jelzett melegedés kockázatát. Az elemzés egyedülálló, mert elsőként alkalmazza és értékeli az ún. Proxy Adatbázis Hálózatban (Proxy Data Network) szereplő összes (1209) adatbázist, melyek közül 1158 éves és 51 évtizedes felbontású adatsorokat tartalmaz. Komplex adatbázisról van szó, hiszen egyaránt szerepelnek benne a fák évgyűrűi, a tengeri és édesvízi üledékek rétegezettsége, a cseppkövek, a korallok, a jégfurat minták, valamint a történeti feljegyzések alapján meghatározott idősorok. Az összes adatbázis visszanyúlik minimum 1800-ig, 460 közülük egészen 1600-ig, 177 adatsor 1400-ig, 59 adatsor 1000-ig, 36 adatsor 500-ig, s 25 adatsor időszámításunk kezdetéig. Ez a felsorolás jól tükrözi a klímarekonstrukciók forrásainak időbeni ritkulását, vagyis minél távolabbi múltba megyünk vissza, annál kevesebb proxy adatsor áll rendelkezésre, s így a levonható következtetések bizonytalansága is nő. A teljes adatbázisban a Föld különböző régiói elég jól lefedettek: egyrészt a trópusi, a sarkvidéki és a mérsékeltövi területekről egyaránt vannak felhasználható források; másrészt mind az óceáni, mind a szárazföldi térségeket megfelelően nagy mennyiségű adat reprezentálja. A részletes elemzést megelőzően az adatsorokat különféle érzékenységi vizsgálatoknak vetették alá, s többféle statisztikai módszerrel is ellenőrizték azok minőségét ábra. Az északi félgömb rekonstruált hőmérsékleti menete különböző elemzések alapján az elmúlt 2000 évben. A CPS (composite plus scale) módszer azt jelenti, hogy a kompozit idősort a proxy adatok standardizálásával és súlyozásával állítják elő. Az EIV (error in variables) módszer során szintén súlyozást alkalmaznak, de a skálázás regresszióval történik. (Forrás: Mann et al., 2008)

25 Klímaváltozás A minőségileg szűrt proxy adatbázis északi félgömbre vonatkozó komplex analíziséből levonhatjuk azt a következtetést, hogy az elmúlt néhány évtized hemiszférikus skálájú melegedése jelentős pozitív anomáliának számít minimum az elmúlt 1300 évben (ebben a becslésben nem szerepelnek a nagyobb bizonytalansággal rendelkező évgyűrű-idősorok). Abban az esetben, ha a fák évgyűrűinek esetenként vitatott proxy adatsorait is figyelembe vesszük, akkor az elmúlt 1700 évre vonatkozóan állíthatjuk ugyanezt. A déli félgömbről jóval kevesebb adat áll rendelkezésre, mint az északi félgömbről, ezért a hőmérsékleti becslések bizonytalansága nagyobb mind a déli félgömbre, mind a globális átlagra vonatkozóan. Így a déli félgömb éghajlati viszonyait vagy a globális klímát tekintve nem kizárt, hogy az elmúlt 1500 évben előfordulhattak az utóbbi néhány évtized melegedéséhez hasonló rövidebb periódusok. A középkori meleg időszakot egy lehűlési fázis követte kb től 1850-ig. Ez a több évszázadon át tartó, kis jégkorszak -nak nevezett hűvös periódus az előző jégkorszak hidegfázisa óta a leghűvösebb időszak volt. A XIX. század közepérevégére viszont már az egész kontinens túljutott ezen a hidegebb perióduson. E hőmérsékleti ingadozásokkal összefüggésben több fontos éghajlati elem is változott: a különféle növénykultúrák tenyészidőszakának hossza, a hóval fedett időszakok hossza és gyakorisága, a téli időszak hossza, a fagyok gyakorisága, s a talajba való lehúzódás mélysége, a csapadék mennyisége és évszakonkénti eloszlása, a párolgás és a talajnedvesség évszakonkénti eloszlása, a folyók és tavak vízszintje, kiterjedése, az aszályok és árvizek gyakorisága. A XX. század éghajlati tendenciái Az elmúlt évszázad éghajlatváltozásainak elemzéséhez már nincs szükség proxy adatbázisok felhasználására, hiszen a XIX. század közepétől világszerte megindultak a rendszeres műszeres meteorológiai mérések. A mérések alapján meghatározott globális átlaghőmérséklet az utóbbi száz évben ( között) mintegy 0,74 Ckal emelkedett. Ez a melegedés mind területileg, mind évszakosan nagy eltéréseket mutat ugyan, de a teljes meteorológiai mérési idősor legmelegebb 12 éve közül 11 az 1995 és 2006 közötti időintervallumba esett (IPCC, 2007a). Az 1.9. ábrán az közötti 155 éves időszakra vonatkozóan láthatjuk a földfelszíni meteorológiai mérések alapján a globális átlaghőmérsékletek értékeit (fekete pöttyökkel jelölve). A jobb oldali tengelyen C-ban a felszínközeli hőmérsékleti értékek, míg a bal oldali tengelyen az anomáliaértékek szerepelnek az közötti referencia időszakhoz viszonyítva. A pontokra egy simított görbét illesztettek (sötétszürke görbe) és egy 5 95%-os bizonytalansági sávot (világosszürke sáv). Ez a bizonytalansági sáv többek között a mérőműszer-váltásból, illetve az állomások áthelyezéséből adódó hibát foglalja magába. Jól látható, hogy az idősor bizonytalansága a múlt felé haladva egyre nő. A jelentől számítva 25, 50, 100, illetve 150 évre visszamenőleg meghatározták a lineáris trendfüggvényt (melyeket rendre citromsárga, narancssárga, sötétkék, illetve piros színnel láthatunk a grafikonon). Ahogy a jelenhez közeledünk, úgy a trendegyüttható értékei egyre nagyobbak, a trendfüggvények meredeksége egyre nő, azaz a melegedés üteme egyre gyorsul. Az

26 20 1. Globális éghajlatváltozás utolsó negyed-évszázadban már 0,18 C/évtized volt a melegedés sebessége, mely közel négyszerese a teljes másfél évszázadra vonatkozó melegedési sebességnek ábra. A globális éves átlaghőmérséklet (fekete pöttyök) alakulása között és az illesztett lineáris trendfüggvények (színes egyenesek). (Forrás: IPCC, 2007a) Az éves átlaghőmérséklet növekedésének területi eloszlását láthatjuk az ábrán, mely az közötti időszak műholdas mérései alapján készült. A térképen C/évtized egységben kifejezve a piros, illetve a kék színárnyalatok rendre a melegedés, illetve a hűlés mértékét jelenítik meg. A szürke színnel jelölt területekről (a pólusok környezetében) nem áll rendelkezésre megfelelő mennyiségű adat a hosszantartó éjszakai időszakok miatt. Az éves átlaghőmérséklet trendegyütthatóit áttekintve elmondható, hogy általában melegedést detektálhatunk, mely a legnagyobb mértékű a kontinensek területén, különösen a magas földrajzi szélességeken (ahol meghaladja a 0,45 C/évtized mértéket). Nagyon kis mértékű hűlés csak a déli féltekén az óceáni területek felett figyelhető meg ábra. Az éves átlaghőmérséklet évtizedes trendegyütthatóinak térképe műholdas megfigyelések alapján az időszakra. A szürke színnel jelölt területek adathiány miatt nem értékelhetők. (Forrás: IPCC, 2007a)

27 Klímaváltozás Ugyancsak a XX. század második felében egyre fokozódó melegedésre utal az északi sarkvidék körzetében található tengeri jég éves, valamint évszakos kiterjedésének csökkenése (1.11. ábra). Különösen a nyári és a tavaszi időszakban detektálhatunk nagyarányú változást, mely az utóbbi fél évszázadban elérte a 40%-os (3,5 millió km 2 ), illetve a 20%-os (2,5 millió km 2 ) mértéket ábra. Az északi sarkvidék tengeri jég kiterjedésének éves és évszakos változásai között. (Forrás: ACIA, 2005) Az éghajlati rendszer és az üvegházhatás Az éghajlati rendszer folyamatain, kölcsönhatásain keresztül érthetjük meg a múlt és a jelen éghajlatát, valamint az elkövetkező évtizedek, évszázadok éghajlatváltozását. Az éghajlati rendszer öt alapeleme: a légkör, az óceán, a krioszféra, a bioszféra és a talajfelszín (1.12. ábra). Az éghajlati rendszert vezérlő két alapvető hatás: (1) a légkör felmelegedése a bejövő rövidhullámú (látható tartományú) napsugárzás révén, (2) a hűtő hatás a világűrbe történő hosszúhullámú (infravörös) kisugárzás által. Míg a melegítő hatás az alacsonyabb szélességeken, a trópusokon a legerősebb, addig a hűtés a sarki térségek téli időszakában a legintenzívebb. A földrajzi szélességek között meglévő jelentős hőmérsékleti gradiens mely egyben az adott térségek markáns légnyomáskülönbségét is jelenti vezérli a légköri és óceáni cirkulációt. A légköri és óceáni kiegyenlítő áramlásoknak köszönhető a teljes rendszer egyensúlyba jutásához szükséges energia- és hőátvitel ábra. Az éghajlati rendszer elemei

28 22 1. Globális éghajlatváltozás A légkör A bejövő napsugárzás jelentős hányada nem a légkörben nyelődik el, hanem a Föld felszínén (talaj, óceán, jégtakaró). A párolgás és a földfelszínt érő direkt hősugárzás alakítja ki a felszín és a légkör közötti hőátvitelt, melynek ehhez kapcsolódó két megjelenési formája rendre a látens és a szenzibilis hő. A légköri hőátvitel főként meridionális jellegű, azaz a mozgások észak-dél irányú összetevői dominálnak. Az energiacsere leggyakoribb közvetítői az ún. tranziens időjárási rendszerek (pl.: ciklonok, anticiklonok), melyek átlagos élettartama mindössze néhány naptól egy-két hétig terjed. Az éghajlati rendszer egyik legfontosabb összetevőjének, a légkörnek az állapotát főként a következő paraméterek és folyamatok határozzák meg: ún. turbulens jellegű hőátvitel, mely kifejezés a légköri átkeveredés örvényes jellegére utal; a felszín nedvességtartalma; a felszín típusa, ill. annak albedója (fényvisszaverő-képessége), mely meghatározza a bejövő és a visszavert napsugárzás arányát; a vízgőz kondenzálódása révén felszabaduló ún. látens hő; a felhőzet (1.13. ábra), melynek fontos szerep jut a bejövő rövidhullámú napsugárzás visszaverődésénél és a kimenő hosszúhullámú földsugárzás abszorpciójánál, illetve emittálásánál; a CO 2, vízgőz, ózon és egyéb nyomgázok légköri hűtő és melegítő hatása; a Föld keringési pályaelemeinek ciklikus változásai; orográfiai akadályok, szárazföldek és óceánok területi eloszlása, inhomogenitása; a légkör és az éghajlati rendszer más elemei között fellépő visszacsatolási mechanizmusok ábra. Mérsékeltövi ciklon felhőrendszere műholdképen (az Aqua műhold i átvonulásakor)

29 Klímaváltozás Az óceán Az óceánok is meghatározó szerepet játszanak a globális éghajlati rendszerben. A légkörbe lépő sugárzásnak több mint a fele érkezik le a földfelszínre. Az óceán elnyeli, illetve tárolja ezt az energiát, s a tengeráramlások révén újra elosztja. Az energia nagyobbrészt párolgási folyamatokon keresztül jut ki újra a légkörbe látens hő formájában, kisebb részben pedig hosszúhullámú földsugárzásként. A tengeráramlásokat az impulzusmomentum, a hő és a víztömeg kicserélődési folyamatai vezérlik. Bonyolult vertikális és horizontális összetevőket tartalmazó pályákon haladnak ezek az áramlatok, melyeket a tenger felett fújó szél iránya és erőssége, a tengervíz hőmérséklete és sókoncentrációja, a kontinensek partvonalai, valamint a tengerfenéken húzódó hegyvonulatok, árokrendszerek határoznak meg. A Föld legjellemzőbb felszíni tengeráramlásait az ábrán mutatjuk be ábra. A Föld tengeráramlásainak rendszere A tengeráramlások vertikális rétegződése szempontjából három szintet különböztetünk meg: 1. Az évszakos határréteget, mely esetében az évszakos-éves időskálán biztosított a felszín felől történő átkeveredés. E réteg vastagsága nem haladja meg a 100 m-t a trópusokon, s csak néhány száz m-es a mérsékelt övben. A sarki tengerek egy kis szegmensében viszont szinte az egész év során több km-es mélységbe nyúlik e réteg. 2. A melegvizű réteget, melynél a levegőztetés, a hőcsere, valamint a gáz halmazállapotú összetevők cserefolyamatai az évszakos határréteg irányából biztosítottak. 3. A hidegvizű réteget, mely a világóceánok összefüggő medencéinek alsó 80%-át tölti ki. E víztömegek levegőztetése szintén az évszakos határréteg felől történik, de csak a sarki tengerek régiójában, ahogy ezt a korábbiakban már említettük. Az ábrán bemutatott felszíni áramlások csak az átlagosan több km mélységű óceántömeg felső néhány száz méterét érintik. A mélytengerek is mozgásban vannak, melyek iránya és sebessége gyakran jelentősen eltér a felszíni

30 24 1. Globális éghajlatváltozás áramlásoktól. Az óceán vertikális, azaz lefelé és felfelé irányuló mozgásait is tartalmazó mélytengeri áramlások összességét termohalin cirkulációnak nevezzük, mivel ezeket az óceán sűrűségváltozásai irányítják (a víz akkor a legsűrűbb, ha hideg és sós). A nagy sűrűségű víz olyan mélységekig süllyed le, hogy az egyensúlyi állapot létrejöjjön. Az ábra az óceánok átlagos felszíni sókoncentrációit (ezrelékben kifejezve) mutatja be augusztus hónapra. (A sókoncentráció-eloszlás éves változékonysága nem jelentős). Általában elmondhatjuk, hogy magasabb sótartalmakat találhatunk a meleg egyenlítői régióban és alacsonyabb értékeket a hideg sarkvidéki területeken. Az Atlanti-óceán 20º és 40º északi szélességi körök közötti szektorában megfigyelhető magas sókoncentráció a Földközi-tengerből kiáramló víztömeggel magyarázható, mely a nagymértékű párolgás miatt sűrűsödik be. Az egész Földön a 41 körüli legmagasabb tengeri sókoncentráció-értékeket a Vörös-tengerben találjuk. (Még ennél is sokkal nagyobb sókoncentráció található Izraelben, a kiszáradó félben lévő Holt-tengerben, de ez az ősi tengerzárvány nem tekinthető a világóceán részének.) A magas sótartalommal összefüggő nagy párolgás oka mindhárom fenti esetben a magas lég- és vízhőmérséklet ábra. Az óceánok átlagos felszíni sókoncentációja augusztusban. (Forrás: Graedel-Crutzen, 1993 alapján) A termohalin mélytengeri cirkuláció áttekintő képét láthatjuk az ábrán, mely azt sugallja, hogy ez a szállítószalag (angol nevén conveyor belt) a Föld óceánjait egybefüggő rendszerbe fogja össze. Ezen áramlás szerepe az egymástól földrajzilag távol fekvő óceáni medencék közötti hőmérsékleti és sókoncentrációbeli különbségek kiegyenlítése. A termohalin cirkulációnak a horizontális víztömegszállítás mellett vertikális le- és felszálló komponensei is vannak. Az Észak-Atlantikumban jellemző száraz arktikus légtömegek elvonják a hőt, és intenzív párolgást indukálnak az óceán felszínközeli rétegeiben, mely megnöveli a sótartalmat és a vízsűrűséget. E sűrű, nehéz víztömegek néhány ezer méter mélységbe leszállva olyan déli irányba haladó mélytengeri folyammá állnak össze, melynek össztömege hússzorosa a Világ összes folyójának. Ez a mélytengeri áramlás az Atlanti-óceán északi peremétől Dél-Afrika felé folyik, majd áthalad az Indiai-óceánon, délről megkerüli Ausztráliát, s megérkezik a Csendes-óceánba, eközben mindvégig nagy mélységben halad. Ez a szállítószalag juttatja el az Atlanti-óceáni intenzív vízgőzkipárolgás miatt visszamaradt sómennyiséget a Csendes-óceánba. A Csendes-óceán északi régiójába megérkező mélytengeri áramlás a környezethez viszonyítva már meleg és kevéssé sós, így a felszínre emelkedik, s ellentétes irányban, a felszín alatt néhány száz